7.6.2.2Цап с цепочкой резисторов типа r—2r

ЦАП с цепочкой резисторов типа R —2R также содержат источник опорного напряжения, набор ключей и операционный усилитель. Однако вместо набора двоично-взвешенных резисторов они содержат по два резистора на разряд. Один включен последовательно с разрядным ключом, а другой, сопротивление которого равно половине сопротивления последовательно включенного резистора, включен в суммирующую шину таким образом что это соединение в сочетании с последующими каскадами образует П-образную цепочку.

На Рисунок 7 .40 показан простой 4-разрядный ЦАП с цепочкой резисторов типа R — 2R. Ключи являются аналоговыми в том смысле, что они должны коммутировать опорное напряжение постоянного тока с высокой степенью точности. Теоретически это означает, что они должны иметь нулевое сопротивление в замкнутом и бесконечное сопротивление в разомкнутом состояниях.

Рисунок 7.40 - Простой декодер с многозвенной цепочкой типа R—2R для ЦАП

Выходное сопротивление цепочки — постоянная величина, не зависящая от положений ключей. Таким образом, фиксированная резистивная нагрузка не вносит нелинейных ошибок

Чтобы продемонстрировать это, рассмотрим положения ключей, показанные на Рисунок 7 .40, и пренебрежем сопротивлением нагрузки RH. Последовательно включенный резистор старшего разряда 2R шунтируется эквивалентным резистором многозвенной цепочки в точке А относительно «земли». Это эквивалентное сопротивление, без труда определяемое при объединении параллельных и последовательных элементов, начиная с младшего разряда, равно 2R. Таким образом, выходное напряжение в точке А при отсутствии нагрузки равно UОП/2, а так как выходное сопротивление ЦАП равно R, то выходное напряжение на нагрузке определяется как

(6.12)

Аналогичным образом каждый ключ вносит в выходное напряжение свой соответственно взвешенный вклад, образуя в результате суммарное выходное напряжение, пропорциональное входному двоичному слову.

Данная цепочка сравнительно проста для изготовления, потому что в ней используется только два значения сопротивлений: R и 2R. Их можно выбрать из большой группы резисторов и хорошо подобрать, так как важны лишь их относительные значения. Более того, поскольку точный подбор наиболее важен для резисторов, образующих старшие разряды, резисторы, выбор которых менее критичен, могут иметь широкие допуски без ухудшения общей точности. Отношение значений сопротивлений должно сохраняться и при работе преобразователя в диапазоне температур; если необходимо подбирать температурные коэффициенты, то резисторы R и 2R должны быть одного и того же типа. Иногда резистор 2R составляют из двух последовательно соединенных резисторов R, что позволяет применять одни и те же резисторы для всей многозвенной цепочки. Хотя это и увеличивает число элементов, однако упрощает подбор величин и температурных коэффициентов.

Схема, приведенная на Рисунок 7 .40 является быстродействующей, практичной и надежной. В отличие от ЦАП со взвешенными резисторами (Рисунок 7 .39) ЦАП с цепочкой резисторов типа R — 2R не требует широкого диапазона сопротивлений резисторов и, следовательно, чрезвычайно легко приспосабливается к полупроводниковой или гибридной конструкции. Очевидно, что все резисторы и ключи должны быть точно подобраны и их параметры должны одинаково изменяться с температурой. Как правило, ЦАП со взвешенными резисторами сделать легче, чем преобразователь с цепочкой резисторов типа R — 2R.

Преобразователь со взвешенными резисторами очень простой и дешевый, однако его (можно использовать только в качестве преобразователя со средней и низкой разрешающей способностью (10 или менее разрядов) из-за ограничений, накладываемых многозвенной цепочкой. Он требует разных величин сопротивлении для каждого разряда входного цифрового кода. Так как значения сопротивлений двоично взвешены, их диапазон становится очень большим, когда размер цифрового слова становится больше 8 или 10 разрядов.